BAB III PERSAMAAN DIFUSI, PERSAMAAN KONVEKSI DIFUSI, DAN METODE PEMISAHAN VARIABEL

dokumen-dokumen yang mirip
TINJAUAN PUSTAKA. diketahui) dengan dua atau lebih peubah bebas dinamakan persamaan. Persamaan diferensial parsial memegang peranan penting di dalam

Bab 2 TEORI DASAR. 2.1 Model Aliran Panas

SOLUSI PENYEBARAN PANAS PADA BATANG KONDUKTOR MENGGUNAKAN METODE CRANK-NICHOLSON

Persamaan Difusi. Penurunan, Solusi Analitik, Solusi Numerik (Beda Hingga, RBF) M. Jamhuri. April 7, UIN Malang. M. Jamhuri Persamaan Difusi

BAB III HASIL DAN PEMBAHASAN. analitik dengan metode variabel terpisah. Selanjutnya penyelesaian analitik dari

Solusi Problem Dirichlet pada Daerah Persegi dengan Metode Pemisahan Variabel

Pemodelan Matematika dan Metode Numerik

Bab 3. Model Matematika dan Pembahasan. 3.1 Masalah Perpindahan Panas

TRANSPORT MOLEKULAR TRANSFER MOMENTUM, ENERGI DAN MASSA RYN. Hukum Newton - Viskositas RYN

BAB VIII PERSAMAAN DIFERENSIAL PARSIAL

METODE BEDA HINGGA DALAM PENENTUAN DISTRIBUSI TEKANAN, ENTALPI DAN TEMPERATUR RESERVOIR PANAS BUMI FASA TUNGGAL

PDP linear orde 2 Agus Yodi Gunawan

FENOMENA PERPINDAHAN. LUQMAN BUCHORI, ST, MT JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNDIP

Soal Ujian 2 Persamaan Differensial Parsial

TINJAUAN KASUS PERSAMAAN PANAS DIMENSI SATU SECARA ANALITIK

Sidang Tugas Akhir - Juli 2013

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

I. PENDAHULUAN. dan kotoran manusia atau kotoran binatang. Semua polutan tersebut masuk. ke dalam sungai dan langsung tercampur dengan air sungai.

Prosiding Matematika ISSN:

BAB II KAJIAN TEORI. syarat batas, deret fourier, metode separasi variabel, deret taylor dan metode beda

MODEL SEDERHANA DISTRIBUSI TEMPERATUR MENGGUNAKAN INJEKSI UAP PADA RESERVOIR DENGAN BOTTOM WATER

BAB 1 PENDAHULUAN. Universitas Sumatera Utara

BAB II TINJAUAN PUSTAKA. Thermosiphon Reboiler adalah reboiler, dimana terjadi sirkulasi fluida

Simulasi Perpindahan Panas pada Lapisan Tengah Pelat Menggunakan Metode Elemen Hingga

1. BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

Metode Elemen Batas (MEB) untuk Model Konduksi-Konveksi dalam Media Anisotropik

BAB II KAJIAN TEORI. pada penulisan bab III. Materi yang diuraikan berisi tentang definisi, teorema, dan

BAB II INJEKSI UAP PADA EOR

BAB I PENDAHULUAN. perkembangan bakteri, sedangkan dalam bidang teknik yaitu pemodelan

Termodinamika. Energi dan Hukum 1 Termodinamika

SOLUSI ANALITIK MASALAH KONDUKSI PANAS PADA TABUNG

steady/tunak ( 0 ) tidak dipengaruhi waktu unsteady/tidak tunak ( 0) dipengaruhi waktu

Persamaan Diferensial

MASALAH SYARAT BATAS (MSB)

TEKNOLOGI AEROSOL Gerak Brown & Difusi. Prof. Heru Setyawan, Jurusan Teknik Kimia FTI - ITS

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Perpindahan Panas. Perpindahan Panas Secara Konduksi MODUL PERKULIAHAN. Fakultas Program Studi Tatap Muka Kode MK Disusun Oleh 02

BAB III PEMBAHASAN. dengan menggunakan penyelesaian analitik dan penyelesaian numerikdengan. motode beda hingga. Berikut ini penjelasan lebih lanjut.

BAB III KONDUKSI ALIRAN STEDI - DIMENSI BANYAK

BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA

Bab 2. Landasan Teori. 2.1 Persamaan Air Dangkal (SWE)

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

Bab 3 MODEL MATEMATIKA INJEKSI SURFACTANT POLYMER 1-D

Sudaryatno Sudirham ing Utari. Mengenal Sudaryatno S & Ning Utari, Mengenal Sifat-Sifat Material (1)

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

BAB I PENDAHULUAN. perpindahan energi yang mungkin terjadi antara material atau benda sebagai akibat

BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

PERPINDAHAN PANAS DAN MASSA

Solusi Numerik Persamaan Difusi dengan Menggunakan Metode Beda Hingga

FENOMENA PERPINDAHAN. LUQMAN BUCHORI, ST, MT JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNDIP

SISTEM HUKUM KEKEKALAN LINEAR

Persamaan Diferensial Parsial CNH3C3

BAB II TEORI ALIRAN PANAS 7 BAB II TEORI ALIRAN PANAS. benda. Panas akan mengalir dari benda yang bertemperatur tinggi ke benda yang

SOLUSI ANALITIK DAN SOLUSI NUMERIK KONDUKSI PANAS PADA ARAH RADIAL DARI PEMBANGKIT ENERGI BERBENTUK SILINDER

IV. PENDEKATAN RANCANGAN

Studi Analitik dan Numerik Perpindahan Panas pada Fin Trapesium (Studi Kasus pada Finned Tube Heat Exchanger)

/ Teknik Kimia TUGAS 1. MENJAWAB SOAL 19.6 DAN 19.8

BAB II DASAR TEORI. ke tempat yang lain dikarenakan adanya perbedaan suhu di tempat-tempat

/ Teknik Kimia TUGAS 1. MENJAWAB SOAL 19.6 DAN 19.8

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Masalah

Department of Mathematics FMIPAUNS

METODOLOGI PENELITIAN. Waktu dan Tempat Penelitian. Alat dan Bahan Penelitian. Prosedur Penelitian

BAB II PERSAMAAN DIFERENSIAL BIASA

BAB II KONSEP DASAR PERMODELAN RESERVOIR PANAS BUMI. Sistem hidrotermal magma terdiri dari dua bagian utama yaitu ruang magma dan

PERMASALAHAN. Cara kerja evaporator mesin pendingin absorpsi difusi amonia-air

BAB IV PENGOLAHAN DAN ANALISA DATA

Bab 1 PENDAHULUAN. 1.1 Latar Belakang

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

II. TINJAUAN PUSTAKA. 2.1 Persamaan Diferensial (Bronson dan Costa, 2007) terhadap satu atau lebih dari variabel-variabel bebas (independent

PRAKTIKUM OPERASI TEKNIK KIMIA II MODUL 3 CONDENSING VAPOR

II. TINJAUAN PUSTAKA Nutrient Film Technique (NFT) 2.2. Greenhouse

BAB I PENDAHULUAN. Bergesernya selera masyarakat pada jajanan yang enak dan tahan lama

Difusi adalah Proses Perpindahan Zat dari konsentrasi yang tinggi ke konsentrasi yang lebih rendah.

PERSAMAAN SCHRÖDINGER TAK BERGANTUNG WAKTU DAN APLIKASINYA PADA SISTEM POTENSIAL 1 D

BAB III PEMODELAN DENGAN METODE VOLUME HINGGA

Persamaan Diferensial Parsial CNH3C3

BAB II LANDASAN TEORI. dalam penulisan skripsi ini. Teori-teori yang digunakan berupa definisi-definisi serta

PEMODELAN PEREMBESAN AIR DALAM TANAH

MODUL PRAKTIKUM SATUAN OPERASI II

BAB II LANDASAN TEORI

BAB 7 SUHU DAN KALOR

Studi Analitik dan Numerik Perpindahan Panas pada Fin Trapesium (Studi Kasus pada Finned Tube Heat Exchanger)

BAB II KAJIAN TEORI. dalam penulisan bab III. Materi yang diuraikan berisi tentang definisi, teorema,

Konduksi Mantap Satu Dimensi (lanjutan) Shinta Rosalia Dewi

LAMPIRAN A. Alfabet Yunani

Menentukan Distribusi Temperatur dengan Menggunakan Metode Crank Nicholson

BAB IV ANALISA DAN PERHITUNGAN

Konduksi Mantap 2-D. Shinta Rosalia Dewi

Pengantar Oseanografi V

Aplikasi Persamaan Bessel Orde Nol Pada Persamaan Panas Dua dimensi

METODE ELEMEN BATAS UNTUK MASALAH TRANSPORT

Heat and the Second Law of Thermodynamics

PENYELESAIAN PERSAMAAN PANAS DENGAN ANALITIK DAN METODE VOLUME HINGGA HALAMAN JUDUL TUGAS AKHIR SKRIPSI

I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang dan Perumusan Masalah

BAB 2. Landasan Teori. 2.1 Persamaan Dasar

BAB II DASAR TEORI. Tabel 2.1 Daya tumbuh benih kedelai dengan kadar air dan temperatur yang berbeda

Persamaan Diferensial

BAB II LANDASAN TEORI

MEKANISME PENGERINGAN By : Dewi Maya Maharani. Prinsip Dasar Pengeringan. Mekanisme Pengeringan : 12/17/2012. Pengeringan

Transkripsi:

BAB III PERSAMAAN DIFUSI, PERSAMAAN KONVEKSI DIFUSI, DAN METODE PEMISAHAN VARIABEL Dalam menyelesaikan persamaan pada tugas akhir ini terdapat beberapa teori dasar yang digunakan. Oleh karena itu, pada bab ini akan dijelaskan teoriteori tersbut, yaitu Persamaan Konveksi Difusi, Persamaan Difusi, dan Metode Pemisahan Variabel. 3.1 Persamaan Difusi Misalkan sebuah tabung atau pipa berisi cairan yang tidak bergerak dan sebuah substansi kimia yang berdifusi di dalam cairan. Substansi kimia tersebut begerak dari daerah yang memiliki konsentrasi tinggi ke daerah yang memiliki konsentrasi lebih rendah. Kecepatan gerak dari substansi kimia tesebut proporsional terhadap gradien konsentrasi. Misalkan u( x, t ) adalah konsentrasi (massa per satuan panjang) dari substansi kimia tersebut pada posisi-x dari pipa pada saat-t. Pada bagian pipa dari x 0 sampai x 1 (lihat gambar 5), massa dari substansi kimia tersebut adalah x1 dm x1 M () t = u( x, t) dx, sehingga = ut ( x, t) dx. (3.2) x0 dt x 0 x 0 x 1 Gambar-5 Difusi substansi kimia dalam pipa 13

Massa pada bagian ini tidak dapat berubah kecuali oleh adanya perubahan pada aliran masuk (flowing in) atau aliran keluar (flowing out). Dengan menggunakan Fick s Law, dm dt = aliran masuk - aliran keluar = kux x0, t kux x1, t. 3.3 dengan k adalah konstanta. Dengan demikian, Persamaan (3.2) dan (3.3) sama dengan: x1 x0 = u x, t dx ku x, t ku x, t. t x 1 x 0 (3.4) ruas kanan pada Persamaan (3.4) sama dengan (, ) Persamaan (3.4) dapat dituliskan menjadi x1 xx sehingga x0 k u x t dx u. 3.5 t = kuxx Persamaan di atas merupakan Persamaan Difusi untuk kasus ruang dimensi 1. Persamaan difusi atau bisa disebut juga persamaan panas adalah contoh lain dari persamaan diferensial parsial. Gambar-6 Daerah dalam reservoir Konduksi panas diilustrasikan dalam persamaan difusi dengan uxt (, ) didefinisikan sebagai temperatur pada posisi-x dan waktu-t. Jika daerah D adalah daerah yang dilalui panas yang terinsulasi, maka tidak ada panas yang mengalir melalui batas dan kondisi ini biasanya digambarkan dengan kondisi Neumann, 14

u yaitu = 0, dengan n adalah vektor normal satuan dari daerah D. Namun, jika n daerah D terdapat dalam satu daerah dalam reservoir yang besar dengan temperatur g( t ) dan terjadi konduksi panas secara sempurna, maka diperoleh kondisi Dirichlet, yaitu u( x, t) g( t) sepanj ang D. = untuk x yang berada di daerah batas di 3.2 Persamaan Konveksi Difusi Misalkan pada reservoir dengan panjang x dan ketebalan y kemudian dilakukan injeksi uap dengan temperatur tertentu dan dengan kecepatan V. Pada saat injeksi uap dilakukan, terjadi konveksi di dalam reservoir sehingga panas yang yang dihasilkan oleh uap tersebut akan berpindah ke minyak. Panas tersebut akan mengurangi viskositas dari minyak tersebut agar mudah terangkat. Bersamaan dengan itu, uap tersebut akan kehilangan panas yang disebut juga konduksi. Dengan demikian, temperatur dari uap yang diinjeksikan tersebut akan semakin menurun hingga pada nantinya akan sama dengan temperatur reservoir. Ilustrasi dari distribusi temperatur uap pada reservoir dapat dilihat pada Gambar-4. Garis berwarna biru menyatakan distribusi temperatur sebenarnya sedangkan garis berwarna merah menyatakan aproksimasi dari disribusi temperatur yang diperoleh dari pendekatan model matematika oleh Marx dan Langenheim [2]. 15

Injection Well T Satu Fasa (Minyak) Arah Radial dari Sumur Injeksi Gambar-7 Ilustrasi Distribusi Temperatur pada Reservoir Setelah Injeksi Uap. Pada reservoir ini, konduksi panas yang bisa diilustrasikan dalam persamaan difusi yang dijelaskan pada subbab sebelumnya sedangkan konveksi yang merupakan perpindahan dari minyak, air, dan uap dari reservoir ke arah u sumur produksi diilustrasikan dengan persamaan V sehingga persamaan x konveksi dan konduksi panas yang terjadi pada saat injeksi uap tersebut dapat diilustrasikan dalam persamaan: 2 u u u + V = D, 0 < x<. 3.1 2 t x x dengan u(x,t) mendefinisikan temperature pada posisi-x dan waktu-t. Persamaan diatas adalah persamaan konveksi difusi (Convection Diffusion Equation-CD Equation) atau bisa juga disebut advection diffusion equation atau transport equation. Persamaan konveksi difusi ini juga merupakan salah satu contoh persamaan diferensial parsial yang memiliki banyak aplikasi. Persamaan diferensial parsial adalah suatu bentuk persamaan matematika yang mengandung 16

satau atau lebih operator diferensial parsial pada suatu variabel bebas dari suatu fungsi peubah banyak. 3.3 Metode Pemisahan Peubah Persamaan difusi atau persamaan panas dapat diselesaikan dengan menggunakan metode pemisahan peubah (Separation of Variable). Misalkan persamaan difusi u, 0,0, t = kuxx < x< l < t < 3.6 dengan kondisi batas dan kondisi awal ( 0, ) = (, ) = 0, φ ( x) ( u t u l t u x,0 =. 3.7) Untuk menyelesaikan persamaan difusi di atas, pisahkan peubah-peubahnya (, ) T( t) X ( x), ( u x t = 3.8) diferensialkan persamaan (3.8) terhadap t dan x lalu substitusi ke persamaan difusi T t ", dengan T adalah turunan fungsi sehingga diperoleh () X ( x) = kt( t) X ( x) T terhadap t dan X " adalah turunan fungsi X terhadap x. kemudian bagi dengan kt K didapat T' X" = = λ, 3.9 kt X dimana λ = konstan. Nilai λ konstan karena masing-masing ruas pada Persamaan (3.9) hanya bergantung pada nilai t atau x saja. Dengan menggunakan metode pemisahan peubah ini, akan diperoleh nilai λ yang konstan. Setelah itu aplikasikan kondisi batasnya maka akan didapat 17

beberapa nilai λ. Nilai λ yang memenuhi adalah nilai λ yang menghasilkan solusi tak trivial dari Y, dimana Y adalah fungsi eigen dan λ adalah nilai eigennya. Substitusi nilai λ tersebut ke dalam Persamaan (3.9) sehingga akan diperoleh persamaan T( t) dan ( X x). Lalu gunakan lagi kondisi batas dan kondisi awal dari persamaan difusinya (Persamaan (3.7)) sehingga akan diperoleh solusi dari persamaan difusi pada Persamaan (3.6). 18